中国特高压技术,在国外创造了350多亿美元的经济效益,真正实现了国际标准由中国制定。

然而,为什么从上世纪60年代就开始研究特高压的欧美国家,至今还未实现盈利和技术突破?这项技术到底难在哪里?

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“西电东输”的战略需求

不知道你还记不记几十年前家里经常停电?而这都是由于我国电力资源分布不均,全国电力消耗最多的是东部和中部,约占全国的70%,然而80%的电力资源都在西部和北部。

为了实现资源合理配置,国家提出了将西部电力输送到东部,解决用电需求问题的同时,也减少了东部发电的碳排放问题,“西电东输”项目由此成立。

不过,这么长距离的输电可不是简单的事情。为了减少输电过程中的能量损耗,就需要我们升高电流或者升高电压。但是,电流太大,又会导致电线过热。所以,我们选择了升高电压提高输电效率,降低能量损耗。

特高压输电技术成为该项目的核心,它最大特点就是可以长距离、大容量、低损耗输送电力,并且减少土地需求,1000 kV UHV-AC 线路电力线可节省 500 kV 交流线路所需走廊面积的 50% 至 66%。800 kV UHV-DC线路将节省500 kV直流线路所需走廊面积的23%。

特高压输电线路就是指输送1000kV交流电和±800kV直流电的输电线路。

根据距离和经济性考量,800公里内的输电距离更适合采用交流输电,而超过800公里的长距离输电则更适合采用直流输电,因为后者更经济便捷。

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我们都知道漏电致死的事故。那800kV特高压下,我们更是需要关注各种关键设备是否能承受高电压的冲击,设备的外绝缘是否足够的耐压安全,以及控制系统稳定性,还有万一出现故障如何进行检修维护等多个方面的难题。

另外,为了降低成本、提高产业竞争力,减少对外国技术的依赖,增强自主创新能力,我们必须完成关键设备的国产化。比如,我们发明的绝缘纸替代陶瓷材料,使得变压器从7000吨到500吨。

西电东输的路程中,翻山越岭,跨江渡河等特殊地理环境更是常见,怎样布局长距离高耐压的输电线路和网架建设,更是必不可少的环节。

不负众望,2010年7月,±800 kV直流输电工程竣工,来自四川水电站的电通过特高压输电线路被送到了2000km外的上海。

紧接着,2019年±1100kV特高压直流输电工程使得输电距离可达3000-5000公里。

凭借这些工业奇迹,中国输电能力迅速提高,带动中国的特高压输电技术同步起飞。截至2020年底,中国完工和在建的特高压工程总数达35个,线路总长度超过40000公里。

世界唯一成功实现的大规模商业运营

至今,中国是世界上唯一一个成功实现特高压输电大规模商业运营的国家。

上世纪80年代,我们开始进行特高压输电技术探索。二十多年的时间,中国特高压输电不断取得突破性进展,完成了中国特高压输电技术标准、装备、工程总承包全产业链上的产业化和商业化的突破。

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就拿巴西美丽山特高压直流输电工程来说,整个项目的建造过程完全按照中国标准进行。这也是中国首个在海外的特高压直流项目,将满足1600万人口的年用电需求。

在特高压技术领域,我国制定的国际标准14项,国家标准50项,行业标准73项,全世界都在使用中国制定的这套标准。

并且,2008年,IEC(国际电工委员会)在中国设立了IEC/TC 115(100kV以上高压直流输电技术委员会)秘书处,主要负责100kV以上高压直流输电技术标准。

这彰显了中国特高压技术的世界实力的同时,也证明中国特高压输电技术标准成为国际标准。

实力认可,也让特高压技术在国内外取得显著经济效益。与俄罗斯、蒙古、巴基斯坦等国展开互联互通特高压技术合作项目,创造了350多亿美元的经济效益。2023年,国家电网公司赢得巴西直流特高压输电项目的三十年特许经营权

未来,随着全球经济和社会的发展以及能源在经济发展中不可或缺的影响,对远距离、大容量输电、节省走廊占地的需求将更加旺盛,特高压直流输电的应用将更为广泛。

为什么国外至今未实现技术突破?

特高压输电技术如此优越,为何国外迟迟没有突破。难道真的是因为这项技术根本没用,欧美发达国家根本看不上?事实真的如此吗?

其实,国外的起步比国内早了近二十年。特高压输电技术自上世纪60年代起便在美国、意大利、日本、巴西等国家展开规划和研究工作。然而,这些国家的项目却面临着各种困难,导致项目夭折或被迫降级运营。

例如,前苏联特1985年建成长达900公里、1150千伏的线路,但解体后降级至500千伏,高压线路降级使其失去了原有的试验价值。

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美国特高压技术虽然始于1967年,但上世纪70年代的石油危机影响使得政府财政支持不足,导致电网无法实现跨区域输电。

福岛到东京的特高压输电线路在2011年福岛核电事故后也降级至500千伏。

事实上,在技术、需求和供应来源快速发展的时代,美国现有的大多数电网基础设施都是在 30 到 50 年前建造的,70%的电力变压器使用年限超过25年,近60%的断路器使用年限为25年。这也就造成了配电网受到输电容量的严重限制,500kV也已经是可以适配的最高容量。长距离传输电力的能力更受到严重限制。

2009年,由于无法连接到美国电网,美国风能协会和太阳能行业协会表明约有300GW的风电项目面临潜在的部署延迟。

另外,由于美国电力私人资产化,洲际法律政策不同,联邦能源监管委员会(FERC)在建立洲际输电走廊时,也受到很大的限制。

相对于其他国家的困境,中国克服了以上的种种困难,成为了特高压输电技术领域的话语者。

展望

特高压输电技术作为连接不同区域电网的关键技术,在提升电网运输效率、实现节约型社会目标方面发挥着重要作用。

国家电网指出,仅一条±800千伏特高压直流输电线路工程就可以每年将西部地区丰富的清洁能源输送到东部工业发达地区,约三百多万度电力能源, 相当于减排二氧化碳2542万吨

因此,特高压输电技术的广泛应用,不仅深刻地转变了我国能源传输的整体格局,更为构建清洁、高效的能源体系注入了强劲的新动力,这对于推动我国能源结构的优化调整及实现可持续发展目标具有极其重要的价值。